DE60020476T2

DE60020476T2 - Hochfrequenzangeregte Punktlichtquellelampenvorrichtung

Info

Publication number: DE60020476T2
Application number: DE60020476T
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Himeji-shi Ikeuchi; Yukiharu Himeji-shi TAGAWA; Hiroyuki Himeji-shi Fujii
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: EP1089322A1; JP3620371B2; DE60020476D1; US6486603B1; EP1089322B1; JP2001102005A

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe, welche als Punktlichtquelle verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
In letzter Zeit werden als Darstellungswerkzeug bei Besprechungen, Ausstellungen usw. Flüssigkristall-Projektoren verwendet. Ein Flüssigkristallbild kann mittels einer Lichtquelle mit hoher Helligkeit auf eine Projektionsfläche projiziert werden, aber in der Vergangenheit wurden für Lichtquellen mit hoher Helligkeit für Flüssigkristall-Projektoren Quecksilber-Höchstdrucklampen oder Metallhalogenlampen verwendet, bei welchen innerhalb eines Kolbens aus Quarzglas ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet ist und ein vorgegebener Emissionsstoff in den Glaskolben eingeschlossen ist. Derartige Lampen werden dann durch eine Folienversiegelung oder eine Stabversiegelung hermetisch abgeschlossen. Ein Beispiel einer solchen Lampe wird in der Europäischen Patentanmeldung EP 0917180 A offenbart.
In letzter Zeit besteht jedoch auf dem Markt ein immer größerer Bedarf an Flüssigkristall-Projektoren mit größerer Helligkeit, und daher Bedarf an helleren Lichtquellen für diesen Zweck. Seit kurzem haben Quecksilber-Höchstdrucklampen mit einem hohen Einfülldruck die führende Rolle von den Metallhalogenlampen übernommen. Da dem Druck, dem die Versiegelung von mit Folienversiegelung hermetisch abgeschlossenen Quecksilber-Höchstdrucklampen standhalten kann, jedoch Grenzen gesetzt sind, geht man davon aus, dass sie in naher Zukunft ihre Grenzen bei größerer Helligkeit erreichen werden.
Elektrodenlose Lampen ohne Folienversiegelung sind daher im Hinblick auf die Druckfestigkeit als alternative Lichtquellen für Projektoren vorstellbar. Die in Betracht gezogene Entladungsform ist jedoch der Röhren-stabilisierte Entladungstyp, bei welchem eine Zwangskühlung erforderlich ist, da die Lichtbogenentladung entlang der Röhrenwand des Entladungsgefäßes erfolgt und eine Wärmebelastung auf die Röhrenwand des Entladungsgefäßes ausübt. Ferner kann die Lichtbogenentladung nicht auf die Lampenmitte beschränkt werden und ist als Punktlichtquelle völlig ungeeignet.
Als Lichtquelle ohne Folienversiegelung wurde folglich eine Lampe mit einer Anordnung vorgeschlagen, welche in der japanischen Offenlegungsschrift HEI 3-225744 gezeigt wird. Das ist eine Niederdruck-Entladungslampe und kann für solche Dinge wie die Rückseiten-Beleuchtung bei kleinen Flüssigkristall-Fernsehapparaten verwendet werden. An den beiden Enden des Entladungsgefäßes ist ein Paar zylindrischer metallischer Innenelektroden befestigt, Außenelektroden sind an den Außenwänden des hermetischen Verschlusses aus Glas angeordnet, welche den zylindrischen Innenelektroden entsprechen, wobei aus dem hermetischen Verschluss aus Glas, welcher zwischen den Außenelektroden und den zylindrischen Innenelektroden eingespannt ist, ein Kondensator gebildet wird. Wenn eine Hochfrequenzspannung an die Außenelektroden angelegt wird, wird den zylindrischen Innenelektroden eine Leistung zugeführt. Diese Lampe ist jedoch eine Niederdruck-Entladungslampe, welche die durch die Entladung zwischen den Innenelektroden entstehende UV-Strahlung benutzt, indem diese mittels einer Fluoreszenzkörperschicht an der Innenwand des Entladungsgefäßes in sichtbare Strahlung umgewandelt wird; sie kann nicht als Punktlichtquelle verwendet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lampenvorrichtung anzugeben, welche eine Punktlichtquelle ist, hohem Druck standhalten kann und Licht mit hoher Helligkeit erzeugen kann.
Die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung wird durch eine Hochfrequenz-Anregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht gelöst.
Ferner kann die Erfindung eine Hochfrequenz-Stromquelle als Mittel zur Zufuhr der Hochfrequenz-Anregungsenergie aufweisen und wird eine Hochfrequenz-Anregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung sein, bei welcher die Entladung durch Kapazitätskopplung angeregt wird. Oder sie kann eine Mikrowellenquelle als Mittel zur Zufuhr der Hochfrequenz-Anregungsenergie aufweisen und wird eine Hochfrequenz-Anregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung sein, bei welcher die Entladung durch eine elektromagnetische Resonanz angeregt wird. Falls sie Mikrowellenquelle als Mittel zur Zufuhr der Hochfrequenz-Anregungsenergie aufweist, wird es somit eine Hochfrequenz-Anregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung sein, bei welcher die Materialien, welche die Mikrowellen empfangen, am Außenumfang des Röhrchens angeordnet sind.
Ferner weist der Entladungskonzentrierer ein Paar einander gegenüberliegender Spitzen im Entladungsraum auf. Es ist wünschenswert, dass der Abstand zwischen den Spitzen des Konzentrierers kleiner ist als der Innendurchmesser des ausgewölbten Teils. Es ist auch möglich, nur einen einzigen Entladungskonzentrierer zu haben. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die rückseitigen Enden des Entladungskonzentrierers einen verkleinerten Durchmesser aufweisen, oder dass die rückseitigen Enden des Entladungskonzentrierers krummflächig sind. Und es ist wünschenswert, dass die Spitzen des Entladungskonzentrierers spitz zulaufen.
Zusätzlich ist es wünschenswert, dass für das Material des Entladungskonzentrierers ein Material mit einer kritischen Verbrauchstemperatur ausgewählt wird, welche höher ist als die kritische Gebrauchstemperatur des nicht leitenden Materials des Entladungsgefäßes. Es ist außerdem wünschenswert, dass das für den Entladungskonzentrierer ausgewählte Material eine geringere Benetzbarkeit aufweist als das nicht leitende Material des Entladungsgefäßes. Es ist ebenfalls möglich, als Material für den Entladungskonzentrierer ein dielektrisches Material auszuwählen.
Als nicht leitendes Material des Entladungsgefäßes kann Quarzglas oder lichtdurchlässige Keramik ausgewählt werden. Es ist möglich, in die Lampe größer/gleich 300 mg/cm³ Quecksilber einzufüllen oder Xenon mit einem Einfülldruck von größer/gleich 6 MPa bei 300 K in die Lampe einzufüllen. Außerdem kann der Spalt zwischen dem Entladungsgefäß und dem Entladungskonzentrierer mit Quecksilber gefüllt werden. Im Fall, dass die Hochfrequenz-Anregungsenergie von einer Hochfrequenz-Stromquelle zugeführt wird, ist es wünschenswert, dass der Leuchtbetrieb mit einer Hochfrequenz von zumindest 100 MHz durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Lampenvorrichtung ist mit einem Entladungsgefäß aus einem nicht leitenden Material konstruiert, und der Konzentrierer ist völlig im Entladungsgefäß enthalten. Da es keinen hermetischen Verschluss gibt, wo ein Stromleiter aus der Lampe nach außen tritt, wie beim bisherigen Stand der Technik, ist der Gasdruck hoch, dem innerhalb der Lampe bei der Entladung standgehalten werden kann.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, welche lediglich zum Zweck der Veranschaulichung einige erfindungsgemäße Ausführungsbeispielsbeispiele zeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittdarstellung eines Ausführungsbeispielsbeispiels der erfindungsgemäßen Lampe;
2 ist eine Querschnittdarstellung der Anordnung der erfindungsgemäßen Lampenvorrichtung;
3 ist eine Querschnittdarstellung der Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispielsbeispiels der erfindungsgemäßen Lampenvorrichtung;
4 ist eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispielsbeispiels der erfindungsgemäßen Lampe;
5(a) und (b) sind vergrößerte Querschnitte von Lampenenden;
6 ist eine Querschnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispielsbeispiels der erfindungsgemäßen Lampe;
7 ist eine Querschnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispielsbeispiels der erfindungsgemäßen Lampe und
8(a) bis (f) sind erläuternde Darstellungen, welche das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Lampe zeigen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 ist eine Querschnittdarstellung zur Erläuterung der Lampe der erfindungsgemäßen Lampenvorrichtung. Das Entladungsgefäß 2 der Lampe 1 besteht aus einem lichtdurchlässigen, nicht leitenden Material und weist einen ausgewölbten Teil 2A auf, mit welcher Röhrchen 2B verbunden sind. Der Entladungskonzentrierer 3 wird von den Röhrchen 2B abgestützt. Der Entladungskonzentrierer 3 konzentriert und verstärkt das elektrische Feld im Entladungsraum 11 und dient damit zur Konzentration der Entladung. Die Konzentriererspitzen 31 liegen sich innerhalb des Entladungsraums 11 gegenüber. Das Material für den Entladungskonzentrierer 3 wird daher so ausgewählt, dass es eine kritische Gebrauchstemperatur aufweist, welche höher ist als die kritische Gebrauchstemperatur des nicht leitenden Materials, aus welchem das Entladungsgefäß 2 besteht, und ein dielektrisches Material kann verwendet werden. In den Entladungsraum 11 sind Mengen eines Emissionsstoffs wie beispielsweise Quecksilber sowie ein Edelgas als Puffergas eingefüllt.
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des ersten Ausführungsbeispielsbeispiels der erfindungsgemäßen Lampenvorrichtung. Man ordnet außerhalb der Röhrchen 2B der Lampe 1 Außenleiter 4 an, und die Außenleiter 4 sind mit einer Hochfrequenz-Stromquelle 5 verbunden. Wenn aus der Hochfrequenz-Stromquelle 5 an die Außenleiter 4 eine Hochfrequenz-Spannung angelegt wird, spannen der Entladungskonzentrierer 3 und die Außenleiter 4 das Entladungsgefäß ein und bilden somit einen Kondensator, wodurch eine Kapazitätskopplung gebildet wird, welche dem Entladungskonzentrierer 3 eine Leistung zuführt. Im Entladungsraum 11 wird durch den Entladungskonzentrierer 3 das elektrische Feld konzentriert und verstärkt, bis zwischen den beiden Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3 eine Entladung erfolgt und eine Punktlichtquelle mit hoher Helligkeit gebildet wird. Es ist wünschenswert, dass der Entladungskonzentrierer 3 in den Röhrchen 2B einen größeren Durchmesser aufweist, um die Kapazität des gebildeten Kondensators zu vergrößern.
Beim praktischen Gebrauch kann ein außerhalb der Lampenvorrichtung angeordneter Fokussierspiegel (wie bei 7 in 3) verwendet werden, um das Licht zu bündeln, und er kann für eine Vielzahl von Lichtquellen-Anwendungen verwendet werden, einschließlich einer Lichtquelle für einen Flüssigkristall-Projektor. Es ist wünschenswert, dass die Hochfrequenz der Stromversorgung zumindest 100 MHz beträgt, da hierdurch eine Elektronenfalle entsteht und ein Abfall der Elektrodenspannung verhindert wird, wodurch eine Erhöhung der Lichtausbeute ermöglicht wird.
3 ist eine schematische Darstellung, welche ein zweites Ausführungsbeispielsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampenvorrichtung zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispielsbeispiel werden der Lampe 1 Mikrowellen zugeführt, wodurch eine Emission von Licht erfolgt. Die Lampe 1 ist in einer Mikrowellen-Resonanzkammer 9 angeordnet, welche elektromagnetisch abgeschirmt ist. Eine Mikrowellenquelle 6 führt der Mikrowellen-Resonanzkammer 9 Mikrowellen zu. Ein Reflektor 7 zur Bündelung des Lichts ist in der Mikrowellen-Resonanzkammer 9 vorgesehen, und ein Fenster 8 ist vorgesehen, um das emittierte Licht aus der Kammer 9 austreten zu lassen. Wenn von der Mikrowellenquelle 6 Mikrowellen erzeugt werden, wird dem Entladungskonzentrierer 3 in der Lampe 1 durch eine Radiowellen-Resonanzwirkung eine Leistung zugeführt. Im Entladungsraum 11 wird durch den Entladungskonzentrierer 3 das elektrische Feld konzentriert und verstärkt, bis zwischen den zwei Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3 eine Entladung erfolgt und eine Punktlichtquelle mit hoher Helligkeit gebildet wird. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispielsbeispiel gibt es keinen Außenleiter 4, keine Hochfrequenz-Stromquelle 5 oder Verbindungsleitungen wie beim ersten Ausführungsbeispielsbeispiel, und der Ausnutzungsgrad des Lichtes der Lampe wird folglich höher als beim ersten Ausführungsbeispielsbeispiel der Lampenvorrichtung.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispielsbeispiel kann man den Entladungskonzentrierer 3 innerhalb der Röhrchen 2B kürzer machen und um den Außenumfang der Röhrchen 2B ein Empfangsmaterial 10 anordnen, welches Mikrowellen empfängt, wie in 6 gezeigt wird. Bei Verwendung dieser Anordnung ist der Energieverlust durch Wärme aufgrund der Wärmeleitung zum Entladungskonzentrierer 3 gering und die Haftung am Entladungsgefäß 2 kann sichergestellt werden, so dass die Druckfestigkeit der Lampe 1 sehr zuverlässig ist. In diesem Fall fungiert der Entladungskonzentrierer innerhalb der Lampe auch als Mikrowellen-Empfangsmaterial.
Die Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3 befinden sich im Entladungsraum 11 gegenüberliegend und es ist wünschenswert, dass der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden Spitzen 31 geringer ist als der Innendurchmesser des ausgewölbten Teils 2A des Entladungs gefäßes 2. In diesem Fall kann man die im Entladungsraum 11 erfolgenden Entladungen von der Röhrenwand fernhalten und zwischen den Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3 konzentrieren. Bei herkömmlichen elektrodenlosen Lampen, welche durch Hochfrequenzwellen oder Mikrowellen zum Leuchten gebracht werden, erfolgt die Entladung in Kontakt mit dem Entladungsgefäß, wodurch die Wand des Entladungsgefäßes eine hohe Temperatur erreicht, so dass ein Mittel zur Zwangskühlung des Gefäßes erforderlich war. Bei der erfindungsgemäßen Lampenvorrichtung wird die Entladung jedoch von der Röhrenwand ferngehalten, und es ist möglich, sie mit dem gleichen Verfahren zu kühlen, das für eine herkömmliche Metallhalogenlampe mit beidseitigen hermetischen Abschlüssen oder eine Quecksilber-Hochdrucklampe verwendet wird.
Der Entladungskonzentrierer 3 muss nicht unbedingt ein Paar Spitzen 31 aufweisen, welche sich im Entladungsraum 11 gegenüber liegen; wie in 7 gezeigt wird, ist es auch möglich, einen Entladungskonzentrierer 3 mit einer einzelnen Spitze 31 zu haben, welche in den Entladungsraum 11 gerichtet ist. In diesem Fall ist das Funktionsprinzip nicht klar, aber man vermutet, dass sich das elektrische Feld auf die Spitze des einzelnen Entladungskonzentrierers 31 konzentriert, die Entladung beginnt, und während die Emission des Lichtes zunimmt, wird der Lichtbogen durch eine Antriebskraft zusammengezogen, mit welcher versucht wird, den Energieverlust durch die Emission von Licht zu minimieren. Bei diesem Beispiel wird durch eine Verwendung der Lampe in Kombination mit einem Reflektor der Licht-Ausnutzungsgrad im Vergleich zu einer Lampenvorrichtung mit einem Paar Entladungskonzentrierern verbessert.
Indem man das Material für den Entladungskonzentrierer 3 so auswählt, dass es eine kritische Gebrauchstemperatur aufweist, welche höher ist als die kritische Gebrauchstemperatur des nicht leitenden Materials des Entladungsgefäßes, ist es möglich, die Temperatur der Bereiche zu erhöhen, welche mit dem Plasma in Kontakt sind, und hierdurch wird ein Gebrauch der Lampe bei Eingangspegeln ermöglicht, welche die Emissionsintensität erhöhen.
Wenn bei der Form des Entladungskonzentrierers 3 die rückseitigen Enden 32 einen reduzierten Durchmesser aufweisen, kann man die Druckfestigkeit der Röhrchen 2B des Entladungsgefäßes 2 erhöhen. Indem man für das Material des Entladungskonzentrierers 3 ein Material auswählt, welches eine geringere Benetzbarkeit aufweist als das nicht leitende Material, aus welchem das Entladungsgefäß 2 besteht, kann man außerdem eine dichte Haftung der Innenwände des Röhrchens 2B am Entladungskonzentrierer 3 realisieren mittels einer Wärmeverformung des Entladungsgefäßes 2. Es ist somit möglich, jegliche Entladung im Spalt zu unterdrücken und den Leistungsverlust zu verringern. Wenn das Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas besteht, ist es einfach, die Form des Entladungsgefäßes 2 zu bearbeiten, und das Merkmal der hohen Wärmebeständigkeit ermöglicht die dichte Haftung des Entladungskonzentrierers 3.
Wenn Xenon bei einem Druck von zumindest 6 MPa bei 300 K (Raumtemperatur) eingefüllt wird, konzentriert sich die Entladung durch den hohen Druck, und es ist möglich, eine Punktlichtquelle mit einer annähernd weißen Farbe und höchster Helligkeit zu erhalten. Auch ein Verschmälern der Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3 (4) ist eine geeignete Art der Ausführung. Wenn die Spitzen 31 schmal sind, konzentriert sich das elektrische Feld leichter durch die Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3, und die Entladung beim Starten erfolgt leichter, und dies verringert außerdem den Verlust der beim kontinuierlichen Betrieb auf den Entladungskonzentrierer 3 übertragenen Wärme.
Wenn das rückseitige Ende 32 des Entladungskonzentrierers 3 eine gekrümmte Oberfläche aufweist, wie in 5(b) veranschaulicht wird, ist die Größe des Spalts 33 kleiner, als wenn das rückseitige Ende 32 des Entladungskonzentrierers 3 eine flache Oberfläche aufweist, wie in 5(a) veranschaulicht, wodurch es möglich wird, den Leistungsverlust infolge einer Glimmentladung aufgrund der Konzentration des elektrischen Feldes am rückseitigen Ende 32 zu unterdrücken. Wenn der Spalt zwischen dem Entladungskonzentrierer 3 und den Innenwänden der Röhrchen 2B des Entladungsgefäßes 2 mit Quecksilber (Hg) gefüllt ist, kann ferner eine dielektrische Barrier-Entladung zwischen dem Entladungskonzentrierer 3 und dem Außenleiter 4 außerhalb der Lampe 1 verhindert werden, und man kann somit den Leistungsverlust unterdrücken.
Es ist ebenso möglich, als Material für den Entladungskonzentrierer 3 ein Dielektrikum auszuwählen. In diesem Fall ist es möglich, ein Metall korrodierendes Element als Licht-Emissionsstoff zu verwenden, welches nicht verwendet werden könnte, wenn der Entladungskonzentrierer 3 aus einem metallischen Material bestehen würde.
Wenn das Entladungsgefäß 2 aus lichtdurchlässiger Keramik besteht, wie beispielsweise Aluminiumoxid, wird ein Gefäß mit einer hohen Druckfestigkeit ermöglicht. Im Fall beispielsweise, dass Xenon als Licht-Emissionsstoff verwendet wird, ist es möglich, Drücke von 5 bis 10 × 10⁷ Pa zu verwenden. Falls Quecksilber als Licht-Emissionsstoff verwendet wird, ermöglicht eine Einfüllung einer Menge von größer/gleich 300 mg/cm³ Quecksilber 12 (8(f)) die Konzentration der Entladung bei einem hohen Druck und die Realisierung einer Punktlichtquelle mit einer annähernd weißen Farbe und höchster Helligkeit.
Bevor konkrete Ausführungsbeispielsbeispiele beschrieben werden, wird das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lampe anhand von 8(a)–(f) beschrieben. Als erstes stellt man einen Entladungskonzentrierer 3 aus Wolfram und eine aus Quarzglas bestehende Röhre 13 mit beiderseitig offenen Enden bereit, wie in 8(a) gezeigt wird. Als nächstes wird die Oberfläche des Entladungskonzentrierers 3, ausgenommen der Abschnitt, welcher im Entladungsraum 11 frei liegt, mit Rhenium galvanisiert, einem Metall, welches gegenüber dem Quarzglas eine geringe Benetzbarkeit aufweist. Als nächstes wird, wie in 8(b) gezeigt, ein Ende der Glasröhre 13 durch einen Brenner hermetisch abgeschlossen. Wie in 8(c) gezeigt wird, wird der Entladungskonzentrierer 3 in der Glasröhre 13 platziert, innerhalb der Glasröhre 13 wird ein Vakuum erzeugt und das andere Ende der Glasröhre 13 wird verschlossen. Danach wird, wie in 8(d) gezeigt, der Entladungskonzentrierer 3 im Röhrchen 2B der Glasröhre 13 unter Verwendung eines Brenners befestigt.
Als nächstes wird, wie in 8(e) gezeigt, das Ende der Glasröhre 13, welches keinen Entladungskonzentrierer 3 enthält, aufgeschnitten, eine vorgegebene Menge Quecksilber 12 wird in die Glasröhre 13 eingebracht und ein weiterer Entladungskonzentrierer 3 in den Entladungskonzentrierer 3 eingesteckt. Wie in 8(f) gezeigt wird, wird innerhalb der Glasröhre 13 ein Vakuum erzeugt und man leitet Argongas mit einem vorgegebenen Druck ein und verschließt das offene Ende der Glasröhre 13. Man befestigt dann den Entladungskonzentrierer 3 im Röhrchen 2B der Glasröhre 13 unter Verwendung eines Brenners.
Nachfolgend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Lampe beschrieben. 2 zeigt eine erste Lampenvorrichtung, welche an eine Hochfrequenz-Stromquelle angeschlossen ist. Die Lampenleistung liegt bei 150 W. Das Entladungsgefäß 2 besteht aus Quarzglas mit einer Wandstärke von 2,5 mm und einem Außendurchmesser von 12 mm für den ausgewölbten Teil. Der Entladungskonzentrierer 3 besteht aus Wolfram, und der Spalt, welcher die Spitzen trennt, beträgt 0,5 bis 0,7 mm. Der Durchmesser des dicken Teils des Entladungskonzentrierers 3 innerhalb der Röhrchen 2B beträgt 2 mm. Abgesehen von dem Abschnitt, welcher innerhalb des Entladungsraums 11 frei liegt, ist der Entladungskonzentrierer 3 mit einer dünnen Schicht von Rhenium beschichtet.
Obwohl das Verfahren zum hermetischen Abschließen des Entladungskonzentrierers 3 sich von demjenigen unterscheidet, welches für einen Entladungskonzentrierer aus Quarzglas verwendet wird, ist es möglich, als Material für das Entladungsgefäß 2 lichtdurchlässige Keramik, wie lichtdurchlässiges Aluminiumoxid, lichtdurchlässiges Yttrium oder lichtdurchlässiges YAG zu verwenden. Die Anwendbarkeit ist jedoch beschränkt, da lichtdurchlässige Keramik zwar hinsichtlich der Wärmebelastung stärker ist, aber hinsichtlich einem Temperaturschock schwächer ist.
Der Entladungskonzentrierer 3 besteht aus einem Material mit einer kritischen Gebrauchstemperatur, die höher ist als die des Materials, welches für das Entladungsgefäß 2 verwendet wird. Konkret kann man, wenn der Licht-Emissionsstoff, welcher für die Entladung verwendet wird, Quecksilber oder ein Edelgas ist und das Entladungsgefäß aus Quarzglas besteht, W, Re, Ta oder andere Metalle, TaC, ZrC, HfC oder andere Carbide, Al₂O₃, BeO, MgO, ZrO₂, ThO₂, andere Oxide der seltenen Erden, Nitride, wie beispielsweise AlN, oder Zusammensetzungen der vorstehend beschriebenen Carbide und Nitride verwenden.
Bei diesem Beispiel sind als Licht-Emissionsstoff für die Entladung 300 mg/cm³ Quecksilber sowie ein Edelgas mit einem Druck von 13 kPa als Puffergas eingefüllt. Falls nun als Licht-Emissionsstoff für die Entladung Schwefel (S), Selen (Se) oder Tellur (Te) verwendet wird, wird das Material des Entladungskonzentrierers 3 MgO, ZrO₂ oder BeO sein, welches von Schwefel, Selen oder Tellur nicht korrodiert wird.
Die Spitzen 31 des Entladungskonzentrierers 3 werden auf einen Durchmesser von 0,5 mm verschmälert und die rückseitigen Enden 32 bekommen eine gekrümmte Oberfläche. Der Außenleiter 4 ist ein Zylinder aus Inconel^®; andere mögliche Materialien sind wärmebeständige Legierungen und BaTiO₃, welches eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist. Der Außenleiter 4 kann auf das Röhrchen 2B geklemmt werden. Die Lampe 1 wird unter Verwendung einer Hochfrequenzleistung von 100 bis 200 MHz zum Leuchten gebracht. Bei einer Hochfrequenzleistung von 100 MHz liegt die Kapazität des Kondensators, welcher durch das Glas zwischen den Außenleitern 4 und dem Entladungskonzentrierer 3 gebildet wird, bei ca. 20 pF.
Die Lampe 1 wurde nach der vorstehend beschriebenen Spezifikation und der in 2 gezeigten Anordnung hergestellt; sie wurde als weiße Lichtquelle mit hoher Helligkeit zum Leuchten gebracht, wenn eine Hochfrequenzleistung von 150 MHz angelegt wurde und ohne Probleme wie beispielsweise Zerbrechen oder anschließende Schwärzung betrieben. Da eine Menge von 350 mg/cm³ Quecksilber und ein Edelgas mit einem Druck von 13 kPa als Puffergas eingefüllt wurden, nimmt man an, dass der Druck im Entladungsgefäß 2 bei der Entladung bei größer/gleich 35 MPa lag; man nimmt an, dass der Druck, dem das Entladungsgefäß 2 standhält, erheblich höher ist als bei herkömmlichen Quecksilber-Hochdrucklampen mit Foliensiegeln. Da sich in herkömmlichen Lampen mit Foliensiegel immer Mo-Folie befindet, hat man im Fall einer Einfüllung von Halogen das Problem einer Reaktion mit Mo. Da bei den gegenwärtigen Lampen kein Mo verwendet wird, tritt dieses Problem nicht auf.
Als Nächstes wird eine Lampenvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels, wie in 3 dargestellt, beschrieben. Die Lampe 1 ist in einer elektromagnetisch abgeschirmten Mikrowellen-Resonanzkammer 9 angeordnet und eine Mikrowellenquelle 6 ist angeordnet, um der Mikrowellen-Resonanzkammer 9 Mikrowellen zuzuführen. Die Lampenleistung liegt bei 200 W. Das Entladungsgefäß 2 besteht aus Quarzglas mit einer Wandstärke von 2,5 mm und einem Außendurchmesser von 12 mm für den ausgewölbten Teil. Der Entladungskonzentrierer 3 besteht aus Wolfram und der Spalt, welche die Spitzen trennt, beträgt 0,5 bis 0,7 mm. Der Durchmesser des dicken Abschnitts des Entladungskonzentrierers 3 innerhalb der Röhrchen 2B beträgt 2 mm.
Abgesehen vom dem Abschnitt, welcher innerhalb des Entladungsraums 11 frei liegt, ist der Entladungskonzentrierer 3 mit einer dünnen Schicht von Rhenium beschichtet. In der Figur ist ein Reflektor 7 vorgesehen zur Bündelung des Lichtes; er besteht aus Glas oder Keramik mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Dielektrikum, wie beispielsweise Titandioxid-Siliciumdioxid. Wegen der Verwendung von Mikrowellen-Resonanz kann Metall nicht für den Reflektor verwendet werden. Das Licht tritt durch ein Fenster 8 aus. Die im Entladungsgefäß enthaltenen Substanzen sind Ar bei 13 kPa und 300 mg/cm³ Quecksilber. Die Frequenz der Mikrowellenquelle liegt übrigens bei 2,45 GHz.
Im Fall einer Entladung mittels Mikrowellen-Resonanz fungiert der Entladungskonzentrierer 3, anders als beim ersten Ausführungsbeispiel, bei welchem durch eine Kapazitätskopplung Leistung zugeführt wird, auch als Empfänger. Daher wird, wie in 6 gezeigt wird, am Außenumfang des Entladungsgefäßes 2 Empfangsmaterial 10 angeordnet, welche vom Entladungskonzentrierer 3 getrennt ist; dies erhöht die Druckbeständigkeitszuverlässigkeit der Röhrchen 2B und verringert Wärmeverluste an den Entladungskonzentrierer 3. Da die Frequenz hoch ist, gibt es kein Problem, wenn die koaxiale Überlappung (L in 6) des Entladungskonzentrierers 3 mit dem Empfangsmaterial 10 klein ist. Die Mikrowellen-Resonanzkammer 9 besteht aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
Die Lampe 1 wurde nach der vorstehend beschriebenen Spezifikation und der Anordnung in 3 hergestellt; sie wurde als weiße Lichtquelle mit hoher Helligkeit zum Leuchten gebracht, wenn eine Frequenz von 2,45 GHz angelegt wurde und ohne Probleme, wie beispielsweise Zerbrechen oder nachfolgende Schwärzung, betrieben. Da eine Menge von 300 mg/cm³ Quecksilber und ein Edelgas mit einem Druck von 13 kPa als Puffergas eingefüllt wurden, wird vermutet, dass der Druck im Entladungsgefäß 2 bei der Entladung bei größer/gleich 30 MPa lag. Wie bei der in 2 gezeigten Lampenvorrichtung geht man davon aus, dass der Druck, dem das Entladungsgefäß 2 standhält, erheblich höher ist als bei herkömmlichen Quecksilber-Hochdrucklampen mit Foliensiegeln. Da man bei dieser Lampe keine Versorgungsanschlüsse benötigt, gibt es auch keinen Schattenwurf durch Anschlüsse, und das Licht kann effektiv ausgenützt werden.
Wirkung der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben weist die erfindungsgemäße Lampenvorrichtung ein Entladungsgefäß aus einem nicht leitenden Material auf, und der Entladungskonzentrierer ist vollständig im Entladungsgefäß enthalten. Da es keinen hermetisch abschließenden Teil gibt, wo Stromleiter aus dem Lampeninneren austreten, wie dies bei herkömmlichen Lampen der Fall ist, ist die Druckfestigkeit der Lampe gegen den Gasdruck innerhalb der Lampe bei der Entladung hoch. Und da der Entladungskonzentrierer in der Lampe in den Entladungsraum gerichtet ist, wird die Entladung auf die Spitze des Entladungskonzentrierers konzentriert, wodurch es ermöglicht wird, eine Punktlichtquelle mit hoher Helligkeit zu erzielen.

Claims

Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) umfassend: ein Entladungsgefäß (2) aus transparentem, nichtleitenden Material mit einem ausgewölbten Teil (2A), der einen Entladungsraum (11) einschließt, und mit wenigstens einem Röhrchen (2B), das an dem ausgewölbten Teil (2A) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Entladungskonzentrierer (3) vollständig innerhalb des Entladungsgefäßes (2) enthalten ist, der ein elektrisches Feld innerhalb des Entladungsraumes (11) des ausgewölbten Teils (2A) konzentriert, wobei jeder der Entladungskonzentrierer (3) von einem jeweiligen Röhrchen (2B) getragen wird und eine Spitze (31) innerhalb des Entladungsraumes (11) aufweist, und ein Mittel, welches außerhalb der Lampe (1) und nicht in Kontakt mit dem Entladungskonzentrierer (3) ist, um Hochfrequenz-Entladungsenergie zu liefern, die eine Entladung des wenigstens einen Entladungskonzentrierers (3) anregt.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, in der das Mittel für die Zufuhr der Hochfrequenz-Anregungsenergie eine Hochfrequenz-Stromzufuhr (5) und eine Kapazitätskopplung ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, in der das Mittel für die Zufuhr von Hochfrequenz-Anregungsenergie eine Mikrowellenquelle (6) zur Anregung der Entladung durch elektromagnetische Resonanz ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, in der Materialien (10) zum Empfang der Mikrowellen an einer Außenoberfläche des Röhrchens (2B) angeordnet sind.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in der das wenigstens eine Röhrchen (2B) ein Paar gegenüberliegender Röhrchen (2B) ist, worin der wenigstens eine Entladungskonzentrierer (3) ein Paar von Entladungskonzentrierern (3) ist mit Spitzen (31), die einander gegenüberliegen, und worin die Spitzen (31) der Entladungskonzentrierer (3), die sich gegenüberliegen, innerhalb des Entladungsraums (11) durch einen Abstand von einander getrennt sind, der geringer ist als ein innerer Durchmesser des ausgewölbten Teils (2A).
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, in der das wenigstens eine Röhrchen (2B) ein Paar gegenüberliegender Röhrchen (2B) ist, worin der wenigstens eine Entladungskonzentrierer (3) ein Paar von Entladungskonzentrierern (3) mit Spitzen (31) ist, die einander gegenüberliegen, und worin die Spitzen (31) der Entladungskonzentrierer (3) zugespitzt sind.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in der ein einzelner Entladungskonzentrierer (3) vorhanden ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, in der ein rückseitiges Ende (32) des wenigstens einen Entladungskonzentrierers (3) im Durchmesser reduziert ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, in der ein rückseitiges Ende (32) des wenigstens einen Entladungskonzentrierers (3) gekrümmte Oberflächen hat.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, in der der wenigstens eine Entladungskonzentrierer (3) aus einem Material besteht, welches eine kritische Gebrauchstemperatur aufweist, die höher ist als die kritische Gebrauchstemperatur des nichtleitenden Materials, aus dem das Entladungsgefäß (2) hergestellt ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, worin der wenigstens eine Entladungskonzentrierer (3) aus einem ausgewählten Material hergestellt ist, das eine geringere Benetzbarkeit besitzt als das nichtleitende Material des Entladungsgefäßes (2).
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, in der der wenigstens eine Entladungskonzentrierer (3) aus einem dielektrischen Material hergestellt ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, in der das nichtleitende Material des Entladungsgefäßes (2) Silikaglas ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, worin das nichtleitende Material des Entladungsgefäßes (2) eine transparente Keramik ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, worin wenigstens 300 mg/cm³ Quecksilber (12) innerhalb der Lampe (1) eingeschlossen ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, in der Xenon mit einem Einschlussdruck von mindestens 6 MPa bei 300 K innerhalb der Lampe (1) eingeschlossen ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, in der ein Spalt (33) zwischen dem Entladungsgefäß (2) und einem rückseitigen Ende (32) des wenigstens einen Entladungskonzentrierers (3) mit Quecksilber (Hg) gefüllt ist.
Hochfrequenzanregungs-Punktlichtquellen-Lampenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, worin das Mittel für die Zufuhr von Hochfrequenzanregung eine Hochfrequenz von mindestens 100 MHz liefert.